Category: технологии

Category was added automatically. Read all entries about "технологии".

Чем занимается организация IETF и проект WebRTC

Вопрос-задача из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

34. Посетите сайт IETF (www.ietf.org) и изучите, чем занимается эта организация. Возьмите в качестве примера любой понравившийся вам проект и напишите краткий отчет о том, что он собой представляет.


Про эту организацию в книге Таненбаума написано в подразделе 1.6.3. «Кто есть кто в мире стандартов Интернета».

Аббревиатура «IETF» расшифровывается как «Internet Engineering Task Force», что по-русски означает «Инженерный совет Интернета» (по версии википедии) или «Группа проектирования Интернета» (по версии переводчика книги Таненбаума). Это открытое международное сообщество. Поучаствовать в работе IETF может любой желающий. Структура самой организации IETF и ее взаимосвязи с другими организациями довольно сложны; я здесь не буду разбирать эту структуру, кому это нужно, разберется сам, но перечислю для примера некоторые самые близкие к IETF (связанные с нею, входящие в нее или приходящиеся родителем) организации: ISOC, IAB, IRTF, IETF LLC, IESG, NomCom, IETF Trust, RFC Editor, IANA и так далее.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Инженерный_совет_Интернета
https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_Engineering_Task_Force
https://www.ietf.org

Чем они занимаются? Организация IETF производит текстовые документы, которые называются «RFC» (расшифровывается как «Request for Comments», что по-русски означает «тема для обсуждения» или «рабочее предложение»), часть из этих документов находится в статусе «стандарта Интернета» (действующего или устаревшего), другая часть — это разнообразные соображения умных людей по поводу того, как в техническом плане должен работать Интернет, еще часть — соображения по поводу того, как должна работать сама организация IETF. Еще IETF ежегодно организует по три встречи, на которых можно собраться и обсудить наболевшие проблемы с коллегами, выдвинуть идеи создания новых стандартов.

https://ru.wikipedia.org/wiki/RFC

Список документов RFC можно посмотреть (и каждый из документов можно почитать) онлайн минимум в трех местах:

https://www.rfc-editor.org
https://datatracker.ietf.org
https://www.ietf.org/rfc/

Организация IETF выросла из той небольшой группы аспирантов, в то время (семидесятые) недавних студентов, которая и находилась у истоков создания (в техническом плане) современного интернета.

Как функционирует IETF? Там довольно сложные бюрократические процедуры, порожденные попыткой сохранить демократию в вопросах технического функционирования интернета (просто бывает только при тоталитарных методах управления). Я постараюсь объяснить, упрощая, чтобы не удлинять пост.

Заинтересованные в новом стандарте инженеры (добровольцы) собираются в группу, создают список почтовой рассылки (по-английски «mailing list») для членов группы, пишут план разработки нового стандарта (по-английски «charter») и (с одобрения директора IETF соответствующей тематики (области) в сфере стандартов Интернета) выдвигают его на обсуждение на очередной встрече, организуемой IETF. Подготовка к встрече IETF — долгий и сложный процесс, потому что она длится рабочую неделю и на ней проходит много отдельных собраний по разнообразным вопросам. Каждый инженер выбирает собрания только по тем вопросам, которые его интересуют. Именно поэтому отдельное собрание на встрече IETF с целью обсудить выдвижение нового стандарта называют по-английски «Birds of a Feather» или сокращенно «BoF». Это англоязычная идиома, по-русски дословно означающая «Птицы с одинаковым оперением», а по смыслу — «Одного поля ягоды». Имеется в виду, что на собрание «BoF» приходят инженеры, интересующиеся одной и той же проблемой, которую предполагается разрешить с помощью нового будущего стандарта.

После одобрения идеи нового стандарта на «BoF» организация IETF регистрирует группу, инициировавшую разработку нового стандарта в качестве рабочей группы по разработке этого стандарта (по-английски «working group» или сокращенно «WG»). В процессе разработки к рабочей группе могут присоединяться новые инженеры-добровольцы. На сегодня в организации IETF активно более 100 рабочих групп.

Вообще, идейно организация IETF очень похожа на Советы, о которых мечтали создатели СССР. Именно поэтому в статье википедии словосочетание «Task Force» из аббревиатуры IETF переведено как «Совет» (Совет инженеров). Предполагается, что принять участие в работе IETF может любой желающий, но на самом деле имеется в виду «любой желающий компетентный инженер», потому что один из принципов работы IETF — «Technical competence», что по-русски означает «техническая компетентность». Вас просто не возьмут в рабочую группу, если вы не разбираетесь в предмете. Но читать переписку членов рабочей группы (вся работа происходит по переписке по электронной почте) действительно может любой желающий, даже некомпетентный.

Ответ на обсуждаемый вопрос-задачу из книги Таненбаума. Искать на сайте IETF какой-нибудь проект для краткого отчета мне не пришлось. В конце января-начале февраля я зашел на сайт и там как раз трубили про только что достигнутое окончание начальной стандартизации технологии WebRTC.

https://www.ietf.org/blog/webrtc-standardized/

Что такое «WebRTC»? Эта аббревиатура расшифровывается как «Web Real-Time Communication», что по-русски означает «Коммуникация в реальном времени через веб».

Веб (он же — «WWW» или «всемирная паутина»; аббревиатура «WWW» расшифровывается как «World Wide Web», что по-русски означает «всемирная паутина») — это распределенная информационная система, предоставляющая доступ к связанным (гиперссылками) между собой документам (веб-ресурсам, в том числе HTML-страничкам, скриптам, картинкам, текстам и так далее на сайтах), расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету. Для просмотра документов веба используются программы-браузеры.

Под коммуникацией (коммуникациями) в реальном времени (RTC) подразумеваются аудиопереговоры (звонки), видеопереговоры (видеоконференции) и обмен данными (текстом, файлами и тому подобным).

https://ru.wikipedia.org/wiki/WebRTC
https://en.wikipedia.org/wiki/WebRTC

В 90-х годах прошлого века об RTC только мечтали. В нулевых RTC, наконец, появились, но на различных устройствах (смартфонах, ноутбуках, персональных компьютерах и тому подобном) для звонков и организации видеоконференций требовались либо специальные программы вроде скайпа, ICQ, вайбера, WhatsApp и тому подобных, либо специальные плагины к браузеру.

В конце нулевых и начале 2010-х люди уже понимали, что если коммуникации в реальном времени реализовать в браузерах, то необходимость в различных дополнительных программах или плагинах отпадет, потому что браузеры есть на всех устройствах, через которые люди общаются и обмениваются данными (смартфонах, ноутбуках, персональных компьютерах и так далее). Компания «Google» открыла программный код своей реализации этой технологии, которой дали название «WebRTC», и инициировала работу над стандартизацией этой технологии в организациях IETF и W3C.

https://webrtc.googlesource.com/src/

Зачем понадобилась стандартизация? Как только исходные коды технологии «WebRTC» были открыты, все компании-владельцы разных браузеров бросились внедрять эту технологию в своих браузерах и у всех она, как обычно, была внедрена с разными своими отличиями и улучшениями, что сильно усложняло работу программистов по созданию кроссбраузерного (работающего на всех браузерах) программного кода. Чтобы убрать эти отличия и облегчить работу программистов, потребовалась стандартизация.

Вебдизайнеру для использования технологии WebRTC в браузерах, в которых эта технология реализована (сегодня это все современные браузеры), достаточно знать HTML и JavaScript.

В конце января, как уже упоминалось выше, работа по начальной стандартизации этой технологии была закончена.

https://habr.com/ru/company/selectel/blog/539948/

В интернетах пишут, что стандартизация технологии WebRTC реализована организацией IETF в десятках документах RFC (пишут, что в более, чем пятидесяти).

Компьютерная сеть дома и в офисе

Вопрос из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

32. Узнайте, какие сети установлены в вашем учебном заведении или на работе. Опишите их типы, топологии, методы коммутации.


Я занимаюсь самообразованием, поэтому никаких учебных заведений не посещаю. Могу только описать компьютерные сети, которые использую дома и в офисе.

В 2019 году я написал серию из трех постов, в которой подробно описал свою домашнюю вычислительную сеть с иллюстрациями и фотографиями:
Домашний интернет для чайников, часть 1
Домашний интернет для чайников, часть 2
Домашний интернет для чайников, часть 3

Вот иллюстрация оттуда:
Схема домашнего интернета

Телефонная сеть, в которой конечными узлами являются стационарные телефонные аппараты, существует еще с советских времен. Когда я купил квартиру, в нее уже был проложен телефонный провод. Такая телефонная сеть зачастую построена по звездообразной топологии. То есть существуют главные узлы, от которых протянуты провода к менее важным узлам, от которых протянуты провода к еще менее важным узлам и так далее, до конечных узлов в виде телефонных аппаратов. Такая топология делает сеть уязвимой в случае войны: противник будет стараться уничтожить главные узлы, после чего сеть такой топологии будет разбита на множество отдельных кусков, потерявших связь друг с другом. Как известно, отсутствие связи между подразделениями — это один из шагов к поражению. Попытка избавиться от этой уязвимости в своё время привела к возникновению интернета.

В квартире моя сеть построена по той же звездообразной топологии: главным узлом является роутер, с которого интернет раздается на мобильные устройства вроде планшетов и ноутбуков с помощью беспроводной технологии Wi-Fi и на персональные компьютеры (у меня он один, но у моего роутера есть четыре гнезда типа RJ-45, поэтому к этому роутеру можно подключить еще три персоналки, если будет необходимость) через кабель локальной сети с разъемом RJ-45.

Телефонная связь по стационарному телефону обеспечивается аналоговым способом. Для обмена данными (для доступа в интернет) используется цифровой способ передачи данных, но физической средой, по которой происходит цифровая передача данных, является та же телефонная сеть (телефонные провода), которая используется для телефонной связи. У меня для обмена данными по телефонной сети используется технология ADSL, которую предоставляет провайдер «Ростелеком» (он выставляет отдельные счета за телефонную связь и за доступ в интернет по технологии ADSL). Чтобы был возможен доступ в интернет по технологии ADSL, со стороны провайдера должно быть установлено соответствующее оборудование (на АТС — автоматической телефонной станции), которое называется «мультиплексором доступа» (по-английски «DSL Access Multiplexer», сокращенно «DSLAM»). А с моей стороны должен присутствовать модем ADSL (на вышеприведенной схеме — роутер); у меня установлен роутер DSL-2640U компании D-Link, выполняющий эту функцию.

В телефонной сети используется коммутация каналов (АТС образует канал связи, соединяя телефонный номер позвонившего с телефонным номером того, кому позвонили), а при обмене данными по технологии ADSL — коммутация пакетов (данные разбиваются на множество кусочков, которые называются «пакетами» и передача данных представляет собой передачу множества пакетов).

И дома, и на работе я использую мобильный телефон, который использует для связи сотовую сеть базовых станций, которая подключена к интернету и к обычной телефонной сети.

К зданию, в котором находится мой офис, от провайдера подведена оптоволоконная линия. Внутри здания проложена локальная сеть (ЛВС) древовидной топологии: есть что-то вроде «ствола» в центре здания, идущего от первого этажа вверх до самого верхнего этажа. От этого ствола на каждом этаже отходят ветки в левое и правое крылья здания. От веток проложены линии в отдельные офисы. В каждом офисе — звездообразная топология: от одного роутера проложены кабели с разъемом RJ-45 к отдельным персональным компьютерам. Внутри офиса всё сделано примерно так же, как и у меня дома, только телефонная связь и обмен данными происходят по разным проводам (на стене у каждого рабочего места есть розетка с двумя гнездами: RJ-11 (для телефона) и RJ-45 (для компьютера)).

Что такое ATM и недостатки его ячеек

Вопрос из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

30. Каковы недостатки использования маленьких клеток фиксированной длины в ATM?


Лично мне англоязычная аббревиатура «ATM» до прочтения этого вопроса была известна в значении «банкомат». Американцы и британцы так называют банкоматы. В этом значении «ATM» расшифровывается как «Automated Teller Machine», что по-русски дословно означает «машина-автоматизированный банковский служащий» или «машина-автоматизированный кассир». Существительное «teller» происходит от глагола «tell» (по-русски «говорить», «рассказывать»), то есть «teller» можно перевести как «рассказчик». Банковский служащий (клерк, кассир, менеджер) обычно нужен, чтобы наладить общение с клиентом, рассказать клиенту об услугах, оказываемых банком, поэтому его, как я понимаю, и называют «teller».

Однако, в рассматриваемом вопросе, исходя из того, что наш контекст — это компьютерные сети, можно сделать вывод, что англоязычная аббревиатура «ATM» означает «Asynchronous Transfer Mode», что на русский можно перевести как «асинхронный способ (режим) передачи данных». В википедии об этом понятии есть статьи:

https://ru.wikipedia.org/wiki/ATM
https://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_Transfer_Mode

Нужно отметить, что при переводе слова «cell» с английского на русский переводчик книги выбрал значение «клетка», хотя мне в данном контексте чаще встречается перевод этого слова на русский как «ячейка». То есть в вопросе речь идет о размере ячеек в ATM. Ячейками при этом способе передачи данных называют пакеты данных. Каждый пакет, согласно стандарта, имеет фиксированный размер в 53 байта.

Еще, думаю, нужно пояснить, что в предыдущей (четвертой) редакции книги о понятии «ATM» в первой главе книги был материал, но в рассматриваемой (пятой) редакции книги Таненбаум этот материал удалил. Об этом сказано в предисловии Таненбаума к книге, но в русском переводе вы этого замечания не найдете, так как по какой-то неизвестной причине русский издатель счел возможным вырезать из книги большую часть предисловия, оставив от него только маленький огрызок.

Почему Таненбаум удалил материал о понятии «ATM» из первой главы? Как я понимаю, потому, что эта технология потеряла свою популярность и сегодня используется только в узких нишах рынка телекоммуникаций. Она проиграла конкуренцию гигабитному Ethernet в 2000-х, об этом рассказано в упомянутой выше статье википедии об ATM.

В рассматриваемой книге есть краткое (на одну-две странички) описание технологии ATM в главе 3 «Канальный уровень» (по-английски «The Data Link Layer»), в подразделе 3.5.2 «ADSL».

Разбираясь, что из себя представляет ATM, я написал несколько постов:
1. Синхронный и асинхронный режимы передачи цифрового сигнала.
2. Мультиплексирование с разделением по времени.

Как я понял, в то время, когда появился ATM, существовали сети, передающие голос (телефонные), и сети передающие данные. ATM придумали, чтобы объединить передачи данных любого вида в один поток. Единый поток данных должен был удовлетворять часто противоречивым требованиям, предъявляемым передачами данных разного вида. Например, передача данных голосового общения и видеоконференций должна проходить в реальном времени, поэтому для таких потоков данных задержки недопустимы, но потеря отдельных пакетов (кусочков данных) неважна. При этом передача, к примеру, файлов могла переносить задержки безболезненно, но потеря отдельных пакетов (кусочков данных) недопустима.

В протоколе ATM данные любого вида делятся на одинаковые кусочки (пакеты, ячейки) по 48 байтов. К каждой такой ячейке прибавляется заголовок размером 5 байтов. Итого размер одной ячейки составляет 53 байта.

Потоки данных из разных каналов для данных разного вида поступают в мультиплексор ATM асинхронно, это означает, что в потоках поступающих данных есть разрывы (в голосовом общении бывают паузы, а при обмене, к примеру, файлами есть паузы между передачей отдельных файлов). Мультиплексор ATM действует по запросу, как я разбирал в описании статистического (асинхронного) мультиплексирования с разделением по времени (асинхронное TDM). Наличие этой асинхронности отражено в названии протокола ATM (первая буква этой аббревиатуры).

Заголовок каждой ячейки содержит номер виртуального канала (соединения), поэтому в ATM возможно объединение преимуществ работы с каналами (для передачи данных в реальном времени, то есть голоса и видео) и с пакетной коммутацией (передача файлов и тому подобного).

Ответ на вопрос. Как известно, в итоге технология ATM проиграла конкуренцию так называемым «мультисервисным сетям связи», которые базируются на интернет-технологиях, включающих в себя протокол IP («internet protocol») и технологию MPLS («multiprotocol label switching»). Если ATM делит данные на короткие пакеты (ячейки) фиксированного размера (53 байта каждый, в том числе 48 байтов полезной нагрузки), то IP-пакеты — это длинные пакеты (до нескольких тысяч байт каждый) переменного размера.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Мультисервисная_сеть_связи
https://ru.wikipedia.org/wiki/IP
https://ru.wikipedia.org/wiki/MPLS

https://ru.wikipedia.org/wiki/Maximum_transmission_unit
https://ru.wikipedia.org/wiki/Jumbo-кадр

На момент изобретения ATM передавать длинные пакеты было невыгодно из-за относительно низкой скорости передачи данных. Длинные пакеты вызывали слишком большие задержки в очередях (буферах) маршрутизаторов при передаче данных. Как только скорости передачи данных увеличились (появление гигабитного Ethernet и тому подобного), задержки при передаче длинных пакетов упали до минимума и стало выгоднее передавать длинные пакеты, потому что при передаче коротких ячеек (пакетов) слишком велики накладные расходы (большУю часть канала занимает передача заголовков ячеек, что характерно для передачи данных короткими пакетами). Кроме этого, если пакеты (ячейки) короткие, то на разбивку на пакеты, обработку пакетов при пересылке и обратную сборку из пакетов исходных данных уйдет больше времени по сравнению с применением длинных пакетов.

Кроме вышеизложенного, фиксированный размер ячеек ATM подразумевает необходимость того, чтобы исходные данные можно было разделить без остатка на 48 байт (полезная нагрузка одной ячейки ATM). Очевидно, не любые данные делятся без остатка на 48. Чтобы обеспечить это условие, размер исходных данных «добивается» «пустыми» байтами до нужного размера (по-английски этот процесс называется «padding», а последовательность лишних «пустых» (ничего не означающих) байтов — «pad»). Очевидно, что передача лишних байтов, не несущих никакой информации, как и передача заголовков, уменьшает скорость передачи данных.

Международная стандартизация сетевых протоколов

Вопрос из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

25. Назовите два преимущества и два недостатка наличия международных стандартов для сетевых протоколов.


Прежде, чем ответить на этот вопрос, выскажу несколько соображений по теме.

Во-первых, преимущества и недостатки международной стандартизации наследуются от стандартизации как более общего понятия (не только международной, но и локальной — внутри страны, внутри области, внутри города и так далее). Для международной стандартизации преимущества и недостатки те же, что и для просто стандартизации, но в международном контексте они становятся более значимыми (влияют на жизнь большего числа людей), чем в пределах только одной страны, или одной области, или одного города и так далее.

Во-вторых, в поисках ответа на этот вопрос в интернете я заметил, что в число недостатков стандартизации сетевых протоколов очень многие включают что-то вроде следующего, цитата: «All companies and manufactures must follow the standards instead of developing new techniques». Мой перевод на русский: «Все компании и производители должны следовать стандартам вместо разработки новых технологий».

В подразделе «1.6. Стандартизация сетей» книги Таненбаума объясняется, почему это суждение является неверным. Цитирую из книги: «Разумный человек предположит, что стандарт разъясняет, как работает протокол, чтобы вы могли сделать его хорошую реализацию. И этот человек оказывается неправ». На самом деле, стандарт сетевого протокола определяет только то, в чем стороны сетевого обмена данными нуждаются, чтобы их сетевое оборудование было совместимо друг с другом: не больше и не меньше.

Стандарт сетевого протокола не может тормозить развитие новых технологий, потому что он не определяет, какое именно оборудование должно использоваться для обмена данными и не определяет, как это оборудование должно быть устроено внутри ни в смысле железа, ни в смысле программного обеспечения. Стандарт определяет только то, что нужно, чтобы оборудование на базе любых технологий могло бы общаться между собой по сети. Даже если с одной стороны будет оборудование по старой технологии, а с другой — по самой новейшей.

Итак, излагаю мой вариант списка преимуществ и недостатков международной стандартизации сетевых протоколов.

Преимущества:

1. Без существования международных стандартов сетевых протоколов интернет вообще не мог бы существовать, потому что сетевое оборудование разных производителей было бы несовместимо друг с другом и общей сети не получилось бы.

2. Стандартизация увеличивает рынок для тех, кто придерживается стандартов. Большой размер рынка приводит к серийному производству, которое дает уменьшение себестоимости единицы продукции, а, следовательно, к уменьшению цен на сетевое оборудование и сетевые услуги.

Недостатки:

Из-за необходимости учета мнений всех сторон (а при международной стандартизации сторон особенно много) в организациях по стандартизации развивается бюрократия, которая служит 1) причиной чересчур большого удлинения сроков разработки стандартов, а также 2) неоперативного исправления ошибок или внесения изменений в стандарты.

Сравнение Ethernet и Wi-Fi

Вопрос из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

24. Ethernet и беспроводные сети имеют много общего, но есть и различия. Одним из свойств Ethernet является возможность передачи только одного кадра в каждый момент времени. Унаследовал ли стандарт 802.11 это свойство?


Сначала нужно пояснить, о чем идет речь. Упомянутые в вопросе технологии используются в локальных вычислительных сетях (ЛВС). А, конкретнее, на канальном уровне сетевой модели.

«Ethernet» — это семейство технологий проводной передачи данных по сети, для которых создано описывающее эти технологии семейство стандартов «IEEE 802.3» или просто «802.3». «Wi-Fi» — это семейство технологий беспроводной передачи данных по сети, для которых создано описывающее эти технологии семейство стандартов «IEEE 802.11» или просто «802.11».

На канальном уровне сетевой модели обмен данными происходит в виде обмена так называемыми «кадрами» (по-английски «frame»). От вышестоящих уровней сетевой модели на канальный уровень передаваемые данные передаются уже порубленными на кусочки. На канальном уровне к каждому из этих кусочков данных спереди и сзади добавляются служебные данные канального уровня. Получившиеся «пакеты» и называются «кадрами»:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Кадр_(телекоммуникации)

Как работает оригинальный или так называемый «классический» Ethernet? Все машины в этом случае присоединены к одному общему кабелю, который еще называют «общей шиной». При возникновении у одной из машин, подсоединенных к общей шине, необходимости в передаче данных машина-отправитель передает на общую шину кадр данных, который получают все остальные присоединенные к общей шине машины. Каждая из машин-получателей проверяет в служебных данных кадра адрес получателя и если этот адрес совпадает с адресом данной машины, то она получает этот кадр. А если адрес не совпадает, то машина игнорирует этот кадр. То есть «классический» Ethernet работает по широковещательному принципу (по-английски «broadcast»). Отсюда, кстати, и происходит название «Ethernet»: английское слово «ether» переводится на русский как «эфир». Тут аналогия с радиоэфиром или телеэфиром — они тоже работают по принципу широковещания.

В наше время, правда, «классический» Ethernet используется редко. Сегодня предпочитают пришедший ему на смену «коммутируемый» Ethernet с использованием сетевых коммутаторов (по-английски «switch»). В «коммутируемом» Ethernet кадр данных получает только машина-получатель, которая изначально и являлась адресатом этого кадра данных. Такой принцип передачи данных по-английски называется «unicast».

Что означает фраза «возможность передачи только одного кадра в каждый момент времени» из вопроса? Предположим, у нас есть сеть с общей шиной, к которой присоединен десяток машин. Если только одна машина из этого десятка хочет в данный момент времени передать кадр данных, то проблем не возникнет. Однако, что будет, если в данный момент времени сразу две или более машины захотят передать кадр данных? Произойдет так называемая «коллизия» и все передаваемые в этот момент кадры данных будут потеряны. То есть в любой момент времени успешно передавать по общей шине кадр данных может только одна из присоединенных к этой общей шине машин. Чтобы избежать коллизии, машина-отправитель перед попыткой отправления кадра данных «прослушивает» общую шину и, если общая шина не занята, начинает передавать кадр данных. Если же общая шина в этот момент занята, машина-отправитель немного ждет и после этого пытается отправить кадр данных еще раз и так далее. Тут подробнее:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Carrier_Sense_Multiple_Access (сокращенно CSMA)

Примерно так же происходит обмен кадрами данных в локальных беспроводных сетях стандарта 802.11 (он же «Wi-Fi»). Только тут вместо передачи электрических сигналов по общему кабелю происходит передача радиоволн по воздуху. Точно так же здесь произойдет коллизия, если одновременно две машины начнут передавать кадр данных в данный момент времени. Точно так же, чтобы избежать коллизии, машина прослушивает эфир, чтобы определить, свободен он или нет.

Однако, в случае локальных беспроводных сетей машине определить, свободен эфир или нет, мешает одно осложнение. Дело в том, что по стандарту 802.11 радиус зоны, которую может прослушивать машина, сравнительно небольшой. Поэтому машина может «видеть» только другие машины, которые входят в ее зону прослушивания. Получается, что две машины, состоящие в одной и той же локальной беспроводной сети, но находящиеся достаточно далеко друг от друга, при прослушивании эфира могут не заметить друг друга и начать передачу кадра данных одновременно. Для решения этой проблемы, естественно, придуманы решения. В книге об этом подробно рассказано в подразделе «1.5.3. Беспроводные ЛВС: 802.11».

Какова длина бита

Вопрос из книги Таненбаума про компьютерные сети к главе 1 «Введение», цитата:

22. Какой длины (в метрах) был один бит, в соответствии со стандартом 802.3? Для вычислений примите скорость работы равной 10 Мбит/с, а скорость распространения сигнала равной 2/3 скорости света в вакууме.

Англоязычный оригинал:

22. How long was a bit in the original 802.3 standard in meters? Use a transmission speed of 10 Mbps and assume the propagation speed in coax is 2/3 the speed of light in vacuum.

Мой вариант перевода (красным пометил исправления):

22. Какой длины (в метрах) был один бит, в соответствии с первоначальным стандартом 802.3? Для вычислений примите скорость передачи информации равной 10 Мбит/с, а скорость распространения сигнала в коаксиальном кабеле равной 2/3 скорости света в вакууме.


Первый раз встречаю понятие «длина бита». Как-то привык, что бит — это цифра в двоичном числе, которая может принимать значения 1 или 0. Понятно, что у цифры не может быть длины, это абстрактное понятие, а не физический объект.

Однако, когда речь идет про передачу информации в компьютерных сетях, на физическом уровне каждый бит информации представляется сигналом. Передача бита за битом по компьютерной сети образует битовый поток. В нашем случае физическая среда передачи является коаксиальным кабелем, а, следовательно, речь идет о сигнале электрическом.

Можно сравнить битовый поток в компьютерной сети с потоком воды в водопроводе (так называемая «гидравлическая аналогия»). Количество передаваемой информации измеряется в битах, а количество передаваемой воды измеряется в литрах. У литра самого по себе нет длины, так как это всего лишь единица измерения объема. Но если жидкость объемом 1 литр поместить в некий сосуд объемом 1 литр, то можно считать длиной литра длину этого сосуда. Если передавать воду по водопроводу, то тоже можно говорить о длине литра — это будет длина отрезка водопровода, которую занимает 1 литр воды.

Так и длина бита — это длина отрезка кабеля, которую занимает электрический сигнал, представляющий бит.

В нашей водопроводной аналогии скорость передачи информации — это скорость передачи воды. Скорость передачи воды по водопроводу можно измерить, подсчитав количество литров воды, прошедших через вертикальное сечение трубы водопровода за единицу времени, то есть за секунду. Тут нужно различать скорость передачи воды по водопроводу и скорость движения воды в водопроводе. Скорость передачи воды по водопроводу измеряется в литрах в секунду, а скорость движения воды в водопроводе — в метрах в секунду. Это два совершенно разных понятия, так же как и скорость передачи информации по каналу сети и скорость распространения сигнала в канале.

Скорость передачи информации по каналу еще называют пропускной способностью канала. Она характеризует «толщину» или «ширину» канала (это потому, что в водопроводной аналогии чем шире (толще) водопровод, тем больше через него может пройти литров воды за единицу времени).

Решение задачи. Пропускная способность 10 Мбит/с означает, что через вертикальное сечение нашего горизонтально расположенного канала передачи за 1 секунду проходит 10 Мбит информации. Очевидно, что разделив 1 секунду на 10 * 106 бит, мы получим отрезок времени, за который через вертикальное сечение нашего канала проходит 1 бит:

1 / (10 * 106) = 0,1 * 10-6 = 0,1 мкс

А какой горизонтальный отрезок канала передачи за это время проходит электрический сигнал (длина бита)? Это легко вычислить, умножив полученное выше время на скорость распространения сигнала в канале (в нашем случае — в коаксиальном кабеле). Скорость распространения сигнала из условий задачи: 2/3 скорости света в вакууме, что равно 200 000 км/с или 2 * 108 м/с:

0,1 * 10-6 с * 2 * 108 м/с = 0,1 * 200 = 20 м

Это и есть ответ. При увеличении пропускной способности («толщины») канала длина бита будет уменьшаться. Например, при пропускной способности 100 Мбит/с длина бита будет равна уже 2 м, а при 1 Мбит/с длина бита будет равна 200 м (так же, как и длина литра в водопроводной аналогии).

Причем здесь стандарт 802.3? Во-первых, наверное, более правильно было бы написать «IEEE 802.3» с указанием организации, принявшей этот стандарт — IEEE (по-русски «Институт инженеров электротехники и электроники»). Во-вторых, это не один стандарт, а целая группа стандартов, касающаяся семейства технологий пакетной передачи данных «Ethernet».

В задании речь идет про первоначальный (по-английски «original») стандарт IEEE 802.3, который был принят в 1983 году и сейчас уже устарел. Он описывал так называемый «толстый Ethernet», который обозначался как «10BASE5». В этом обозначении число 10 обозначает максимальную скорость передачи данных в 10 Мбит/с. А «толстым» он назывался потому, что в качестве физической среды передачи использовался толстый коаксиальный кабель желтого цвета диаметром 10 мм (в 1985 году был принят ставший более популярным стандарт IEEE 802.3a, который описывал так называемый «тонкий Ethernet», который обозначался как «10BASE2», в нем использовался более тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм).

Примеры сетей: Таненбаум, 1.5

Предыдущие посты по теме:Collapse )

Прочел раздел 1.5 «Примеры сетей» главы 1 «Введение».

Раздел разбит на четыре подраздела, посвященных отдельным видам сетей: интернет, мобильные телефонные сети 3G (третьего поколения), беспроводные ЛВС («локальная вычислительная сеть» или просто «локальная сеть»; по-английски — LAN — «local area network») стандарта 802.11 (более известные под названием «Wi-Fi», по-русски произносится «вайфай»), сети по технологии RFID и сенсорные сети.

Подраздел, посвященный интернету, начинается с краткой истории интернета. Откуда взялось агентство «ARPA» и как оно создало сеть «ARPANET», прародителя современного интернета. Идеи Пола Бэрана (Paul Baran) по перестройке телефонной сети и превращению ее в более надежную распределенную систему с коммутацией цифровых пакетов. Как эти идеи были отвергнуты монополистом в сфере телефонных сетей, компанией «AT&T». На каком аппаратном и программном обеспечении была построена сеть «ARPANET». Как не нашлось специалиста по программному обеспечению «ARPANET» и за написание программ пришлось взяться вчерашним студентам-аспирантам. Схема развития сети «ARPANET» в первые годы ее существования: 1969-1972. Создание модели TCP/IP и ее протоколов. Включение модели TCP/IP в очередной релиз операционной системы UNIX университета Беркли, создание программного интерфейса под названием «сокеты». Распространение модели TCP/IP, появление DNS.

История интернета продолжается с созданием сети NSFNET, детища научного фонда NSF. NSFNET открыла доступ к рождающемуся интернету для любого университета США, а не только тем, у кого есть контракт с агентством «ARPA». Передача этой сети в руки коммерсантов (до этого этой сетью можно было пользоваться только на некоммерческой основе). Появление точек доступа к сети, которые назывались NAP (network access point). Появление WWW.

От истории интернета переходим к его современному устройству (архитектуре интернета). Дана упрощенная схема его архитектуры. Кто такие ISP (провайдеры интернета, internet service provider). Способы присоединения к сети провайдера: 1) устаревший «диалап» (калька с английского «dial-up», что по-русски означает «набор телефонного номера» или «дозвон»), 2) с помощью технологии DSL по той же телефонной линии, 3) по дорогостоящему оптоволокну, 4) через малораспространенные в России сети кабельного телевидения, 5) через мобильные телефонные сети.

Технология DSL (digital subscriber line), цифровая передача данных по телефонной линии. Модем DSL со стороны пользователя. Устройство DSLAM (мультиплексор) со стороны провайдера.

Интернет через сеть кабельного телевидения. Кабельный модем со стороны пользователя, устройство CMTS со стороны провайдера.

Скорости передачи данных. Широкополосный интернет. Дизайн прокладки оптоволокна до дома пользователя — FTTH (fiber to the home).

Что такое «точка присутствия» в сети провайдера (POP — point of presence). Что такое магистральная (базовая) линия в сети провайдера (по-английски «backbone»). Что такое IXP (internet exchange point), точка обмена интернет-трафиком между сетями провайдеров. Виды провайдеров: мелкие, крупные и провайдеры первого уровня. Плата за транзит. Датацентры. Серверные фермы. Услуги хостинга и колокации. Услуга предоставления виртуальных машин.

Что такое «интранет» (локальная корпоративная сеть, работающая по технологиям интернета).

Подраздел, посвященный мобильным телефонным сетям 3G (третьего поколения). История поколений мобильных телефонных сетей. Одна из популярнейших таких сетей первого поколения (1G) в США — AMPS (advanced mobile phone system) — была развернута в 1982 году. Второе поколение (2G) таких сетей отметилось переходом на передачу голосового вызова в цифровой форме. Популярнейшим примером такой сети стала GSM (Global System for Mobile communications), развернутая в 1991 году.

Третье поколение (3G) начало развертываться в 2001 году и предлагало уже цифровую передачу и голоса, и других данных. Популярнейший пример этого поколения — UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) с технологией WCDMA.

Торговля на аукционах государственными лицензиями на полосы частот. Почему для архитектуры мобильных телефонных сетей был выбран сотовый дизайн. Устройство сотового дизайна. Ячейки и базовые станции.

Современное устройство сотовых сетей из двух частей: сеть радиодоступа, базовая сеть. Что такое RNC (контроллер радиосети). Противоборство сетей без установления соединения (пакетных) против сетей с установлением соединения (с коммутацией каналов), то есть война технологий интернета против технологий телефона.

Что такое передача мобильного устройства от одной базовой станции к другой (handover) при движении этого мобильного устройства. Мягкая передача (soft handover) против жесткой передачи (hard handover). Что такое HSS (Home Subscriber Server) и как в нем хранятся данные об абонентах и их местонахождении в любой момент времени.

Что такое SIM-карта («симка»), и как и для чего она появилась. Разработка сетей четвертого поколения (4G): технологии LTE и WiMAX.

Подраздел, посвященный беспроводным локальным сетям стандарта 802.11 (Wi-Fi или «вайфай»). Почему появились такие сети (люди хотели приходить в какое-либо помещение со своим ноутбуком и сразу же (мгновенно) получать доступ к местному интернету без всяких усилий по подключению кабелей и настройке программ).

Чем вайфай отличается от мобильных телефонных сетей (у вайфая меньше охват, потому такие сети и называются локальными; для начала работы вайфая не требуется покупать на аукционе за громадные деньги лицензию на полосу частот у государства, так как для файфая используются так называемые полосы частот из группы ISM («industrial, scientific, medical», по-русски «для промышленных, научных и медицинских целей»; это специальные полосы частот, выделенные для бесплатного использования в указанных целях)).

Устройство таких сетей. Точки доступа (AP, access point) или базовые станции. Два вида таких сетей: с точками доступа и без них (последние еще называют «ad hoc network»).

Замирания сигнала из-за многолучевого распространения (multipath fading). Разнесение путей (path diversity). Что такое OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов). Метод CSMA (Carrier Sense Multiple Access) для недопущения коллизий. Сеть «ALOHANET» на Гавайях. Проблема мобильности. Проблема безопасности.

Подраздел, посвященный сетям по технологии RFID и сенсорным сетям. RFID — radio frequency identification (радиочастотная идентификация). Метки RFID представляют из себя микрочипы. Считыватель таких меток, соответственно, считывает информацию с них. Такие метки призваны заменить штрихкоды и не только.

Метки RFID бывают пассивными (не имеют своего источника питания, получают энергию от считывателя меток через радиоволны) и активными (есть свой источник питания, но такие метки используются гораздо реже пассивных). Виды технологии RFID: ультравысокочастотная, высокочастотная, низкочастотная. Проблема безопасности. Вирусы в сетях RFID.

Сенсорные сети — это шаг вперед от технологии RFID. Здесь каждый сенсор (метка) обладает кучей датчиков (температуры, вибраций, движения), большими вычислительными возможностями, может самостоятельно получать энергию от вибраций или от солнца. Сенсоры могут самоорганизовываться в сеть, в которой каждый сенсор может быть ретранслятором. В итоге данные передаются в точку сбора информации.

Сенсорные сети используются для изучения птичьих стай и мест их поселения, миграции диких животных, а в торговле, например, можно отслеживать состояние и пройденный путь для различных скоропортящихся товаров (и не только скоропортящихся).

Сетевое оборудование: Таненбаум, 1.2

Начало:
1. Компьютерные сети, книга, Таненбаум и Уэзеролл
2. Применение компьютерных сетей: Таненбаум, 1.1

Прочел раздел 1.2 «Сетевое оборудование» главы 1 «Введение».

Раздел посвящен классификации сетей, определению терминов, краткому перечислению протоколов и оборудования. Тут мало подробностей, потому что всё, изложенное в этом разделе, будет подробно раскрыто в следующих главах книги. А пока — просто взгляд с высоты птичьего полета.

Итак, компьютерные сети в этой книге классифицируются по технологии передачи данных в сетях и по размеру сетей.

С точки зрения технологии передачи данных сети разделяются на две категории: широковещательные (broadcast) и с линиями передачи данных от узла к узлу (point-to-point).

Определено понятие «пакетов», как коротких сообщений, передаваемых в сетях. Внутри каждого пакета есть поле адреса для указания адреса узла-получателя.

Определены разные виды передач данных в сетях. Например, «однонаправленная передача» (unicasting) с одним отправителем и одним получателем. В широковещательных сетях данные могут передаваться и только одному получателю, и сразу всем узлам («широковещательная передача» или «broadcasting»), и какому-то подмножеству узлов («многоадресная передача» или «multicasting»).

По своему размеру (или площади — по-английски «area») сети подразделяются на персональные (PAN — personal area network) в пределах одного квадратного метра; локальные (LAN — local area network или по-русски ЛВС — локальная вычислительная сеть) в пределах комнаты, здания или кампуса; муниципальные (MAN — metropolitan area network) в пределах населенного пункта; глобальные (WAN — wide area network) в пределах страны или континента; интернет — в пределах планеты.

Вскоре, по идее, должен появиться межпланетный интернет, когда человечество создаст базы на Луне и Марсе и потребуется наладить связь с Землей.

Еще дано определение понятия «интерсеть» или «междусеть». Это сеть, объединяющая несколько сетей, каждая из которых либо принадлежит разным организациям, либо объединяемые сети построены на разных технологиях. Такие сети в книге могут быть названы «интернетами» (с маленькой буквы) в отличие от всем известного «Интернета» с большой буквы. «Интернет» (с большой буквы), в принципе, является одним из примеров интернета (с маленькой буквы).

Примером персональной сети является беспроводная связь системного блока с компьютерной периферией вроде клавиатуры и мыши. Или беспроводная связь беспроводных наушников со смартфоном. Или беспроводная связь плеера и аудиосистемы автомобиля. Для беспроводной связи на коротких расстояниях используется спецификация (протокол) Bluetooth. Определена парадигма «ведущий-ведомые» (master-slave). Также персональная сеть получается при использовании RFID-меток в смарткартах или на товарах.

Локальные сети бывают в частных домах и в организациях (там они называются корпоративными сетями). Беспроводные: используется «точка доступа» (AP — Access Point), она же — «беспроводной маршрутизатор» (роутер) или «базовая станция». Популярный стандарт беспроводных ЛВС — IEEE 802.11, он же — «WiFi». Проводные: на базе коммутируемого Ethernet (медные провода или оптоволокно, связывающие узлы сети, плюс сетевой коммутатор (switch) с портами (разъемами)). «Ethernet» — стандарт IEEE 802.3.

Для создания более крупных локальных сетей коммутаторы могут включаться друг в друга. При этом протокол «Ethernet» предусматривает даже возможность кольцевого включения. Возможно разделение одной физической ЛВС на несколько виртуальных ЛВС (VLAN).

До коммутируемого Ethernet существовала возможность создать локальную сеть без коммутатора. Такая сеть в книге именуется «классическим Ethernet».

Оба вида ЛВС (беспроводная и проводная) делятся на статические и динамические, в зависимости от способа выделения канала узлам (машинам) сети.

Авторы разбирают домашние локальные сети, какими они должны быть.

В заключительных трех подразделах обзорно разбирается устройство муниципальных и глобальных сетей, а также объединений сетей (интерсетей).

Домашний интернет для чайников, часть 3

Начало: часть 1, часть 2.

Настройка роутера и подключаемых к интернету устройств. Как я понимаю, у роутера есть своя собственная память, в которой хранится программное обеспечение роутера и его настройки.

Как же настроить роутер, если на нем нет никаких для этого возможностей? Предполагается, что настройка роутера будет производиться с подключаемых к нему устройств — в моем случае — с настольного персонального компьютера или с планшета.

То есть уже до начала настройки в роутер должен быть включен кабель с интернетом по технологии ADSL с разъемом RJ-11 и кабель локальной сети с разъемом RJ-45 от настольного персонального компьютера (об этом рассказано в части 2).

Включаем питание роутера (подробнее — в части 2). Должен загореться соответствующий индикатор (сначала на короткое время красным светом, потом зеленым). Также должны загореться зеленым индикаторы подключения настольного персонального компьютера в гнездо RJ-45 и интернета по технологии ADSL в гнездо RJ-11. Часто индикаторы загораются не мгновенно, нужно подождать с момента включения питания секунд 10-20. Настольный персональный компьютер тоже должен быть включен (порядок включения роутера и персонального компьютера не важен).

Итак, как только у нас есть соединение между настольным персональным компьютером и роутером по кабелю локальной сети RJ-45, можно начинать настройку роутера с персонального компьютера (на самом персональном компьютере операционная система обычно производит настройку подключения по локальной сети автоматически; вообще это тема для отдельного поста; у меня на «Windows 7 Профессиональная» подключение можно посмотреть и проверить, открыв «Пуск» — «Панель управления» — «Сеть и Интернет» — «Центр управления сетями и общим доступом»; из этого же «Центра» можно зайти, выбрав в колонке слева пункт «Изменение параметров адаптера», в «Сетевые подключения»).

Если хочется настроить роутер с планшета по беспроводной связи по технологии Wi-Fi, после вышеописанных действий требуется еще включить с помощью двух маленьких кнопочек на роутере связь по технологии Wi-Fi и WPS. Должны загореться зеленым два соответствующих индикатора.

После этого на планшете нужно подключиться с помощью беспроводной технологии Wi-Fi к конкретной беспроводной сети. У меня в операционной системе iOS 9.3.1 для этого можно зайти в «Настройки», в левой колонке выбрать пункт «Wi-Fi», справа откроется список доступных беспроводных сетей (у меня их около десятка, наверное, от соседей). Выбираем сеть с названием «DSL-2640U». В открывшемся окошке с требованием пароля нужно вбить код «WPS PIN», который можно посмотреть на днище роутера. После этого должно установиться беспроводное соединение с роутером.

После вышеописанных действий можно приступать к настройке роутера. И с настольного персонального компьютера, и с планшета настройка производится одинаково.

Веб-интерфейс роутера. Открываем веб-интерфейс роутера в браузере (на настольном компьютере у меня — Microsoft Edge, на планшете — Safari), для этого следует ввести в адресной строке IP-адрес, который тоже можно посмотреть на днище роутера (у меня это «192.168.1.1»).

После этого должен открыться веб-интерфейс настроек роутера. Логин и пароль для первого после покупки роутера входа в настройки следует посмотреть на днище роутера. После первого входа от нас потребуют смены пароля с заводского, написанного на днище роутера, на свой собственный. Это необходимо сделать. Язык веб-интерфейса можно переключить на русский (вверху, под названием роутера). После смены пароля (да и любых других настроек) их необходимо сохранить, для этого можно зайти в пункт меню «Система» — «Конфигурация»  и нажать кнопку «Сохранить». После смены настроек роутер требуется перезагрузить, для этого в этом же пункте следует нажать кнопку «Перезагрузить». Оба эти действия также можно совершить вверху, под названием роутера, там где меняли язык, нажав на слово «Система».

Смену пароля для входа в веб-интерфейс настроек роутера можно изменить через пункт меню «Система» — «Пароль администратора».

Собственно, самая главная настройка производится в пункте меню «Сеть» — «WAN». Здесь уже обычно есть какое-то соединение, но у меня оно было настроено неверно. Я удалил его, выделив и нажав внизу окна кнопку «Удалить». Затем нажал кнопку «Добавить». Появилось окошко с кучей настроек нового соединения. Некоторые из этих настроек прописаны в договоре с провайдером. Их следует проверить. Мне понадобилось лишь перебить в эту форму из договора с провайдером логин и пароль интернет-соединения. После нажатия на кнопку «Применить» внизу списка настроек получаем единственное в пункте меню «Сеть» — «WAN» интернет-соединение. Следует проверить, что в графе «Шлюз по умолчанию» флажок включен. Сохраняем настройки роутера, как описано выше, и перегружаем его.

Если всё сделано правильно, интернет запустится и можно им пользоваться.

Заключение. Изложенное в этих трех постах понадобилось мне только дважды. Один раз я менял свой старый роутер (DSL-2500U), оставшийся от прошлых жильцов. Он был без поддержки беспроводной технологии Wi-Fi, а мне нужно было подключить планшет к интернету.

Второй раз случился недавно после отключения электричества. Я никак не смог зайти в настройки роутера DSL-2640U, хотя всё было подключено и соответствующие индикаторы горели зеленым (пытался даже сбрасывать настройки к заводским с помощью маленькой кнопки «Reset» на днище роутера, не помогло). Купил в магазине такой же, подключил, всё заработало.

Кстати, любопытное наблюдение в магазине. Похоже, я немного отстал от жизни. Сейчас всё забито беспроводными роутерами, оказывается. Чтобы найти роутер с технологией ADSL, пришлось побегать. Но, как известно, бешеной собаке семь верст не крюк. Хорошо, в магазине попалась девочка-менеджер, подсказала, что в другом конце города в магазине есть нужные модели, даже назвала количество. Интересно, это как можно помнить наличие товаров в двух больших магазинах бытовых приборов? Менталист-стайл какой-то. Дворец памяти.